【正文】 巖土工程專業(yè)畢業(yè)論文 [精品論文 ] 硬土軟巖地層中長大直徑樁基豎向承載力研究 關鍵詞：硬土軟巖地層 樁土界面 樁基豎向承載力 多層土樁土相互作用 自平衡試驗 摩擦衰減模型 有限元模擬 大橋樁基 摘要：樁基豎向承載力的研究一直是國內外研究的一個重點難點，其主要在于樁土相互作用復雜，樁土界面難以模擬，樁土相互作用計算所需參數難以確定。本文以印尼蘇拉馬都大橋為研究對象，從室內試驗入手研究了所處地質中的硬土軟巖的力學參數及性質，并利用正交試驗解決硬土軟巖施工中出現的塌孔縮孔現象，以現場自平衡試驗研究樁土相互作用時的樁側摩阻力與樁端阻力的關系與變化趨勢，確定樁土相互作用的模型與參數，最后從理論與有限元模擬研究樁土作用的機理與影響因素，用以確定樁的豎向承載能力。通過室內試驗、現場試驗、理論研究與有限元模擬對樁 基承載力進行研究，主要包括以下方面內容： 從分析印尼蘇拉馬都大橋樁基所處硬土軟巖地質條件入手，得出其強度衰減特性是由于巖體中含有大量的強親水性粘土礦物成分，水分的變動引起強度的衰減；這是引起施工中塌孔與縮孔的主要原因； 從室內試驗入手分析了硬土軟巖的強度衰減曲線，得出在進行孔壁穩(wěn)定性以及樁側摩阻力驗算時，對于孔壁為含砂量大的巖層或者基巖的，宜采用峰值強度進行計算；而一般的孔壁，尤其是，宜采用殘余強度來進行計算，這樣才能最大限度的發(fā)掘最大樁基堅向承載力，但從保守起見則可以全采用殘余強度來進行計算； 利用正交試驗解決硬土軟巖區(qū)樁基施工出現的塌孔與縮孔現象。結果表明，膨潤土含量越大，泥漿護壁效果越好，但同時泥皮厚度越厚，對樁側摩阻力的消弱越大。因此，配制泥漿時，在保證護壁效果的前提下盡量減少膨潤土用量；并通過正交試驗，考慮泥漿中各種因素的影響，最終確定泥漿的最佳配比為，淡水：膨潤土： CMC:純堿 =100:8： :，實際運用證明這個配比能有效的解決施工過程中的塌孔與縮孔問題； (4)根據自平衡試驗得出，工程所處軟基工程中大直徑超長樁在達到極限承載力時，其樁端承載力值占一個比較大的成份，為摩 擦端承型樁，計算樁極限承載力時必須考慮樁端阻力；同理在類似工程中計算樁基極限承載力必要考慮樁端阻力的貢獻； (5)經過對鉆孔灌注樁與樁周土體相互關系的研究，分析摩擦樁的荷載傳遞機理?？偨Y與研究前人提出的各種樁土界面接觸模型與本構關系，提出適用于硬土軟巖的樁土摩擦衰減模型，而且根據樁土荷載傳遞微分方程從理論上推導了樁的豎向承載力公式，并給出了求解單層與多層土的樁基承載力的 PS曲線的試算法； (6)運用摩擦衰減模型，通過對原位試樁的仿真分析，并對不同樁周土體變形模量、粘結力、內摩擦角，樁長，樁徑等對單 樁豎向承載力的影響的仿真分析得出： a)樁側摩阻力與樁端阻力并不是同步發(fā)揮，對軟弱地基中樁基要充分發(fā)揮其極限承載力必須要有比較大的樁端位移，因而樁頂位移決定了樁的承載力； b)多層土樁土相互作用時，其上層土質較好部分樁側摩阻力能優(yōu)先充分發(fā)揮；在土層相差不大情況下，樁土相互作用時樁側摩阻力于樁端由下向上逐漸發(fā)揮至極限值； c)樁側摩阻力的發(fā)揮與樁土之間的相對滑移有很大關系，隨著樁土相對滑移增大，樁側摩阻力逐漸增大，但當樁側摩阻力達到一定值時就不再增加，這個值與土體的性質有關，土質越好這個值相 對來說越大； d)樁周土體的變形模量對加載初期的樁頂沉降影響較大，變形模量越大沉降越小，樁基的豎向承載力越大； e)樁周土體粘結力對荷載沉降曲線的拐點有決定性影響，粘結力越大，出現拐點時的樁頂荷載越大，樁的豎向承載力也就越大； f)樁周土體的內摩擦角，對加載初期即土體達到塑性之前的荷載沉降曲線影響不大，當樁周土體達到塑性狀態(tài)后，內摩擦角越大，荷載沉降曲線下降幅度越小，單樁的豎向承載力越大； g)相同土質條件下，樁長越長豎向承載力越大。在加載初期，相同樁頂荷載，樁長越長樁頂沉降越小。但 樁長和樁頂沉降并不成反比，樁長越長對樁頂沉降的影響量逐漸減小。 h)相同荷載條件下，樁徑越大，樁頂沉降越小，單樁的極限承載力越大，基本成正比關系。但混凝土用量與樁身自重成二次冪關系，價格成本增加，使用時要綜合考慮。 正文內容 樁基豎向承載力的研究一直是國內外研究的一個重點難點，其主要在于樁土相互作用復雜，樁土界面難以模擬，樁土相互作用計算所需參數難以確定。本文以印尼蘇拉馬都大橋為研究對象，從室內試驗入手研究了所處地質中的硬土軟巖的力學參數及性質，并利用正交試驗解決硬土軟巖施工中出現的塌孔 縮孔現象，以現場自平衡試驗研究樁土相互作用時的樁側摩阻力與樁端阻力的關系與變化趨勢，確定樁土相互作用的模型與參數，最后從理論與有限元模擬研究樁土作用的機理與影響因素，用以確定樁的豎向承載能力。通過室內試驗、現場試驗、理論研究與有限元模擬對樁基承載力進行研究，主要包括以下方面內容： 從分析印尼蘇拉馬都大橋樁基所處硬土軟巖地質條件入手，得出其強度衰減特性是由于巖體中含有大量的強親水性粘土礦物成分，水分的變動引起強度的衰減；這是引起施工中塌孔與縮孔的主要原因； 從室內試驗入手分析了硬土軟巖的強度衰減曲線， 得出在進行孔壁穩(wěn)定性以及樁側摩阻力驗算時，對于孔壁為含砂量大的巖層或者基巖的，宜采用峰值強度進行計算；而一般的孔壁，尤其是，宜采用殘余強度來進行計算，這樣才能最大限度的發(fā)掘最大樁基堅向承載力，但從保守起見則可以全采用殘余強度來進行計算； 利用正交試驗解決硬土軟巖區(qū)樁基施工出現的塌孔與縮孔現象。結果表明，膨潤土含量越大，泥漿護壁效果越好，但同時泥皮厚度越厚，對樁側摩阻力的消弱越大。因此，配制泥漿時，在保證護壁效果的前提下盡量減少膨潤土用量；并通過正交試驗，考慮泥漿中各種因素的影響，最終確定泥漿的最佳配比為 ，淡水：膨潤土： CMC:純堿 =100:8： :，實際運用證明這個配比能有效的解決施工過程中的塌孔與縮孔問題； (4)根據自平衡試驗得出，工程所處軟基工程中大直徑超長樁在達到極限承載力時，其樁端承載力值占一個比較大的成份，為摩擦端承型樁，計算樁極限承載力時必須考慮樁端阻力；同理在類似工程中計算樁基極限承載力必要考慮樁端阻力的貢獻； (5)經過對鉆孔灌注樁與樁周土體相互關系的研究，分析摩擦樁的荷載傳遞機理。總結與研究前人提出的各種樁土界面接觸模型與本構關系，提出適用于硬土軟巖的樁土摩擦衰減模 型，而且根據樁土荷載傳遞微分方程從理論上推導了樁的豎向承載力公式，并給出了求解單層與多層土的樁基承載力的 PS曲線的試算法； (6)運用摩擦衰減模型，通過對原位試樁的仿真分析，并對不同樁周土體變形模量、粘結力、內摩擦角，樁長，樁徑等對單樁豎向承載力的影響的仿真分析得出： a)樁側摩阻力與樁端阻力并不是同步發(fā)揮，對軟弱地基中樁基要充分發(fā)揮其極限承載力必須要有比較大的樁端位移，因而樁頂位移決定了樁的承載力； b)多層土樁土相互作用時，其上層土質較好部分樁側摩阻力能優(yōu)先充分發(fā)揮；在土層相差不大情況 下，樁土相互作用時樁側摩阻力于樁端由下向上逐漸發(fā)揮至極限值； c)樁側摩阻力的發(fā)揮與樁土之間的相對滑移有很大關系，隨著樁土相對滑移增大，樁側摩阻力逐漸增大，但當樁側摩阻力達到一定值時就不再增加，這個值與土體的性質有關，土質越好這個值相對來說越大； d)樁周土體的變形模量對加載初期的樁頂沉降影響較大，變形模量越大沉降越小，樁基的豎向承載力越大； e)樁周土體粘結力對荷載沉降曲線的拐點有決定性影響，粘結力越大，出現拐點時的樁頂荷載越大，樁的豎向承載力也就越大； f)樁周土體的內摩擦角，對 加載初期即土體達到塑性之前的荷載沉降曲線影響不大，當樁周土體達到塑性狀態(tài)后，內摩擦角越大，荷載沉降曲線下降幅度越小，單樁的豎向承載力越大； g)相同土質條件下，樁長越長豎向承載力越大。在加載初期，相同樁頂荷載，樁長越長樁頂沉降越小。但樁長和樁頂沉降并不成反比，樁長越長對樁頂沉降的影響量逐漸減小。 h)相同荷載條件下，樁徑越大，樁頂沉降越小，單樁的極限承載力越大，基本成正比關系。但混凝土用量與樁身自重成二次冪關系，價格成本增加，使用時要綜合考慮。 樁基豎向承載力的研究一直是國內外研究的一個重點難點 ，其主要在于樁土相互作用復雜，樁土界面難以模擬，樁土相互作用計算所需參數難以確定。本文以印尼蘇拉馬都大橋為研究對象，從室內試驗入手研究了所處地質中的硬土軟巖的力學參數及性質，并利用正交試驗解決硬土軟巖施工中出現的塌孔縮孔現象，以現場自平衡試驗研究樁土相互作用時的樁側摩阻力與樁端阻力的關系與變化趨勢，確定樁土相互作用的模型與參數，最后從理論與有限元模擬研究樁土作用的機理與影響因素，用以確定樁的豎向承載能力。通過室內試驗、現場試驗、理論研究與有限元模擬對樁基承載力進行研究，主要包括以下方面內容： 從分析印尼蘇拉馬都大橋樁基所處硬土軟巖地質條件入手，得出其強度衰減特性是由于巖體中含有大量的強親水性粘土礦物成分，水分的變動引起強度的衰減；這是引起施工中塌孔與縮孔的主要原因； 從室內試驗入手分析了硬土軟巖的強度衰減曲線，得出在進行孔壁穩(wěn)定性以及樁側摩阻力驗算時，對于孔壁為含砂量大的巖層或者基巖